[其他]活塞環材料

無效

• 申請號: 86101804
• 申請日: 1986-03-22
• 公開（公告）號: CN86101804B
• 公開（公告）日: 1988-11-09
• 發明（設計）人: 刁乃文
• 申請（專利權）人: 天津市交通局科學技術研究所;天津市活塞廠
• 主分類號: C22C37/10
• 分類號: C22C37/10;F16J9/26
• 代理公司: 天津市專利事務所
• 代理人: 鄭永康

本發明屬于一種內燃機用的合金鑄鐵活塞環材料。

〈＆＆〉足夠的抗彎強度和疲勞強度，合適的彈性模數，耐磨耐熱性能佳，以及儲油性和工藝性良好。能滿足上述要求且又經濟的材料仍然首推鑄鐵。

目前在國外，活塞環材料已形成低、中、高檔次，且根據活塞環用途和尺寸的不同而選用各種不同成份、牌號的鑄鐵材料。例如，日本理研活塞環公司采用單體鑄造工藝法生產的RIK-41，RIK-42兩種活塞環材料均屬于一種含鉻、錳、硅、磷、碳等元素的鑄鐵，由于采用特殊精煉技術，使珠光體基體穩定化，物理和機械性能較好，彈性模數和硬度適當，但耐磨耐熱性能一般，所以適用于農機、壓縮機，其成份及物理和機械性能如表一所示。

但隨著內燃機日趨強化，要求活塞環具有高強度、高耐磨性能和高耐熱性能，為此，除選擇適當的制造工藝外，對材料提出了更高的要求，例如，為了提高活塞環強度，一般采用多種合金，并增加合金的含量。像日本特公昭54-38577所介紹的內燃機活塞環材料，其耐磨耐熱性能提高了，這是因為采用了多種合金，有錳、鉻、鎳、鉬、銅、鈮等，其中錳的含量為1.5%，鉻為2.0%，鎳和銅最高含量竟達到5%和15%，這無疑使制造成本大大提高，經濟上是不合算的。而且任何一種材料很難于滿足所有要求。有時活塞環必須鍍上一層具有耐磨、抗摩擦、抗拉缸性能的鍍層材料，如美國福特汽車公司（FordMotor）所采用的DTD485A的材料是一種鉻-鉬合金鑄鐵，由于抗拉缸和耐磨性能較差，作為頂環材料，必須進行表面鍍鉻處理。

綜上所述，在國外，活塞環材料正向著高強度、高耐磨和高耐熱性能的方向發展，除了采用多種合金，增加合金含量外，還必須進行表面鍍層處理，這不但增加了成本，使生產過程也大大復雜化了。

目前國內活塞環的主要材料是合金鑄鐵，相當于國外的中檔材料，而國外那些低檔材料，如灰鑄鐵，高檔材料如球墨鑄鐵，可鍛鑄鐵，碳化物半可鍛鑄鐵，我國還是空白，且與國外相比，無論在使用壽命、材料、工藝等方面均有一定差距，如汽車內燃機活塞環平均壽命僅為6萬公里左右，因此，更不能適應今后內燃機發展的需要。

本發明的目的是生產一種成本低，綜合性能佳，耐磨耐熱性能好，使用壽命長的內燃機用合金鑄鐵活塞環材料。

為達到上述目的，本發明所采用的合金成份和含量如下：

錳：0.45～0.90%，硅：1.8～3.0%，

磷：0.30～0.50%，鉻：0.10～0.45%，

鉬：0.20～0.45%，氮：0.007～0.035%，

鈮：0.10～0.50%，鈣：0.001～0.015%，

碳：2.5～4.0%，其余為鐵以及鐵中的雜質。

碳是導致石墨析出的元素，如果碳含量低于2.5%則出現大量碳化物，超過4%就會造成石墨粗大化，故本發明將其規定為2.5～4.0%。

硅是強烈促進石墨化元素，低于1.8%沒有效果，超過3.0%將導致材料的脆化，故規定為1.8～3.0%。

錳是阻礙石墨化元素，錳與硫形成硫化錳，生鐵中存在硫，為抵消硫單獨存在的影響，錳含量最低也要在0.45%，但超過0.90%時，有促進白口化傾向，以致石墨化不足，所以規定為0.45～0.90%。

鉻是復合碳化物的主要構成元素，碳化物除有助于提高耐磨性能外，還會使耐熱和耐蝕性能提高，加入量低于0.1%時效果不大，但超過0.45%時又阻礙石墨的析出，故本發明規定鉻的含量為0.1～0.45%。

鉬的一部分和碳結合而形成復合碳化物，具有提高耐磨性能作用，其余部分則固溶在基體上，提高了材料的韌性及耐熱、耐蝕性能，故本發明規定為0.20～0.45%。

磷在本發明中以磷共晶的形式出現，磷共晶以二元、三元和四元形式存在，基底是Fe₃P，在三、四元磷共晶中含有Nb〔C、N〕，可提高磷共晶的顯微硬度。磷共晶呈斷網狀而分布在晶界上，從而提高了活塞環的耐磨性。含磷量小于0.3%作用不明顯。大于0.50%呈網狀分布，使活塞環變脆且不易加工，所以控制在0.3～0.5%。

鈮與碳及氮結合而形成碳氮化物Nb〔C、N〕，具有高硬度，其Hv為2000～2500，且微細地析出，因此，特別在滑動部分發揮出支承效應，而有助于耐磨性能的提高，其含量低于0.10%不明顯，在0.50%效果最佳，所以限定在0.10～0.50%。